柑橘皮渣厌氧发酵的碱热预处理优化研究

采用不同碱热预处理条件对柑橘皮渣进行预处理,研究对底物水解和高温厌氧发酵的促进作用。实验发现,碱热预处理柑橘皮6h比预处理12和24h更为经济可行;NaOH浓度为5.0%和7.5%处理柑橘皮6h,分别得到最高的乙醇和乙酸含量,70℃、NaOH浓度7.5%预处理后厌氧发酵得到最高产甲烷潜力为274.2mL/g VS,较对照提高20.1%;而将柑橘榨汁渣在70℃、pH值11的条件下预处理6h后厌氧发酵,得到最大的产甲烷潜力258.7mL/g VS,较对照提高39.9%,预处理后pH值为7.03,可直接用于厌氧发酵,具有实际应用的价值。

碱热预处理对青霉素菌渣厌氧发酵产沼气效率的影响

为提高青霉素菌渣厌氧发酵效率,试验应用响应面法对其碱热预处理工艺进行优化。采用Design-Expert8.0.6的Box-Benhken设计,以SCOD为响应值Y,研究温度、时间和碱度3个因素对青霉素菌渣预处理的影响,建立SCOD数学模型,对模型进行优化降维分析,并进一步通过批式厌氧发酵试验进行验证。结果表明,青霉素菌渣碱热预处理最佳条件为:温度60℃,时间1.25 h,碱度6%。模型预测值和试验值之间的误差为0.8%,模型的修正决定系数为0.9994,拟合性好。厌氧发酵试验结果表明,预处理菌渣沼气产率为256.3 m L·g^(-1)TS,比对照组产气效率提高了31.4%;甲烷产率为126.7 m L·g^(-1)TS,比对照组提高了28.8%。

低温碱热预处理促进剩余污泥厌氧消化的相关研究

污水处理过程中会产生大量的剩余污泥,为加快剩余污泥降解效率,提高厌氧消化性能,需对剩余污泥进行一定的预处理。其中低温碱热预处理已成为这一方向的研究热点。本文就目前常用的污泥碱热处理进行一定的介绍,并对低温碱热预处理前后污泥厌氧消化性能的变化做了一些比较。

柠檬酸污泥热碱预处理厌氧发酵产酸研究

文章对食品发酵工业产生的柠檬酸废水剩余污泥进行热碱预处理后,同时采用批次与半连续运行方式进行污泥厌氧发酵实验,分析了污泥发酵液中挥发性脂肪酸(VFAs)、有机质、荧光组分、氮磷,以及污泥中的有机物含量、脱水性能和微生物群落的变化。响应面优化结果确定了柠檬酸污泥热碱处理的最佳条件为62℃,pH=10.6,处理1 h。热碱预处理使溶解性化学需氧量、溶解性总有机碳和蛋白质(PN)、多糖(PS)等浓度分别提高4.75倍、2.94倍、12.67倍、15.49倍,加快了厌氧发酵中VFAs的产生,其中前3 d总VFAs浓度上升速度最快,浓度为(6194.96±411.91)mg/L(以COD计);为保证VFAs底物充足,半连续组调整污泥发酵时间为3 d,物料更换率为1/3(SRT=9 d),虽然VFAs相比批次组有所降低,但仍呈上升趋势且乙酸浓度仍占VFAs的50%左右。荧光分析结果表明色氨酸类蛋白质、腐殖酸类物质、富里酸类物质为主要荧光物质。热碱预处理会使总磷提高2.23倍,但随着产酸的进行会不断降低,而NH_(3)-N随PN降解不断升高后基本保持不变。污泥的脱水性能将直接影响VFAs产量,而发酵后污泥过滤性能、脱水性能降低。批次和半连续厌氧发酵过程中污泥中的优势菌Firmicutes(厚壁菌门)相对丰度分别升高39.50%和48.88%。

热碱预处理对剩余污泥发酵产酸效能提升的影响

为提高污泥的有机物溶出率,以利于后续生物处理,采用热碱技术对剩余污泥进行预处理,并利用响应曲面法对预处理工艺条件进行优化,在最佳试验条件下处理剩余污泥,进行中温厌氧发酵试验,探讨预处理对发酵过程中污泥水解、挥发性脂肪酸产生量和组成比例的影响.得到的最优预处理条件为:在pH12.0、88.8℃条件下处理73.79 min,能获得理论最大溶胞率48.1%.剩余污泥经热碱处理后能够提高厌氧发酵期间的溶胞率、溶解性蛋白质和溶解性总糖质量浓度,挥发性脂肪酸积累量在发酵第3天达到最大值,最高挥发酸质量浓度(以COD计)为3 269.20 mg/L,是对照组的3.22倍,且热碱预处理对挥发酸组成分布也有一定影响,各种挥发酸积累量顺序为:乙酸>正丁酸>异戊酸>丙酸.

热碱预处理对餐厨垃圾厌氧发酵挥发性脂肪酸产量及组成的影响

研究了在控制温度为80℃、加热时间为30 min时不同p H值的热碱预处理对餐厨垃圾中温（35℃）单相厌氧发酵产挥发性脂肪酸（VFA）的影响。考察了热碱预处理p H值为8.0、9.0、10.0、11.0和12.0条件下的VFA浓度及组成情况。结果表明,热碱预处理p H值对餐厨垃圾厌氧发酵过程中VFA浓度及组成均有显著影响。p H10.0、p H 11.0和p H 12.0处理的总VFA以及丙酸和丁酸含量均高于p H 8.0和p H 9.0处理。在120 h厌氧发酵时间内,各处理VFA组成中乙酸和丁酸含量明显高于丙酸和戊酸,且乙酸和丁酸合计占总VFA的比例变幅为62.02%~82.08%,为典型的丁酸型发酵。p H 11.0处理发酵液中VFA浓度最大;至120 h反应结束时,其VFA浓度达60.14 g·L-1,比其他4个处理高6.14%~48.45%。可见,餐厨垃圾厌氧发酵产VFA的最佳热碱预处理p H值为11.0。

热碱预处理强化餐厨垃圾厌氧发酵产乙酸条件优化研究

在单因素试验的基础上采用Box-Behnken响应曲面法考察热碱预处理温度、p H值和时间的单独及交互作用对餐厨垃圾厌氧发酵产乙酸的影响,并建立了乙酸产量的数学模型。结果表明,在不同的热碱预处理操作条件下,餐厨垃圾厌氧发酵均表现为典型的丁酸型发酵。3个影响因子对乙酸质量浓度影响的显著性从大到小表现为p H值、时间、温度,其中p H值的影响达到极显著水平;各因子两两交互作用的影响均不显著。回归模型决定系数R2=0.9383,p=0.0018<0.05,模型拟合程度好且模型显著。热碱预处理强化餐厨垃圾厌氧发酵产乙酸的最佳工艺参数为:温度78.2℃,p H=12,时间25.5 min。回归模型的预测值(48.83 g/L)与多次实测值的平均值(46.78 g/L)的相对误差为4.38%,表明模型对试验结果具有良好的预测效果。

剩余污泥热碱脱水过程中胞内外抗生素抗性基因丰度变化分析

剩余污泥含有高丰度的抗生素抗性基因(ARGs)。随着剩余污泥的脱水,胞内ARGs(iARGs)可能会逐渐转化为胞外ARGs(eARGs)。为探究ARGs在剩余污泥脱水过程中的分布特征,分析了热碱预处理(TAP)对剩余污泥脱水前后iARGs和eARGs丰度的变化。结果表明,TAP能够有效提高污泥脱水率,并且借助响应曲面法(RSM)确定了最优工况,在pH=11、温度90℃条件下处理80 min后,其脱水率达到41.0%。随着脱水率提升,iARGs不断转化形成eARGs,TAP后污泥滤液中eARGs的绝对丰度常用对数提高了0.2~1.8。eARGs丰度的上升,增加了ARGs传播风险,给污泥脱水技术带来了巨大挑战。

热碱预处理对高含固剩余污泥厌氧消化的影响及其动力学研究

以高含固剩余污泥为研究对象,考察不同碱投加量下热碱联合预处理对剩余污泥溶胞效果和厌氧消化性能的影响,并运用3种动力学模型对剩余污泥生物化学产甲烷潜力过程进行模拟。结果表明,热碱联合预处理有助于促进剩余污泥的溶胞效果,并且随着碱投加量的增加,溶胞效果不断增强,当碱投加量为80mg/g(单位质量SS的NaOH投加量计)时,COD、氮、磷的溶出量均达到最大值,分别为58 622.2、1 792.8、790.3mg/L,溶出率分别为54.9%、45.7%、37.6%。热碱联合预处理可有效改善剩余污泥厌氧消化性能,但碱投加量过大时对可能对产甲烷过程带来抑制作用,碱投加量为60mg/g时剩余污泥厌氧消化的累积产甲烷量最大,为158.9mL/g,较不进行热碱联合预处理的空白组(106.5mL/g)高49.2%。3种动力学模型中,锥体模型对厌氧消化产甲烷过程的拟合效果最好,不同处理条件下模型拟合相关系数R^2均在0.990以上,该模型可准确预测最终的累积产甲烷量,预测误差均在2%以下。

热碱预处理对剩余污泥发酵产酸性能的影响

预处理技术可以加快污泥水解,提高厌氧发酵的效率.为此,以城市污水处理厂剩余污泥为研究对象,首先探究热碱预处理对剩余污泥破胞效果的影响;其次通过批式实验研究热碱预处理对污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸(Volatile fatty acids,VFAs)的影响;最后,以污泥比阻(Specific resistance to filtration of sludge,SRF)为考察指标,分析评价经发酵后的污泥脱水效果.结果表明,与单独热处理相比,热碱联合预处理能够显著促进污泥破解及有机质溶出,且随着温度与pH的增大,有机物的溶出量与污泥破胞率显著提高.热碱预处理后(120℃,pH=12)污泥破胞率达到54.9%,SCOD、蛋白质、多糖的最大溶出量分别达到了279.16 mg/g MLSS、115.48 mg/g MLSS、20.55 mg/g MLSS.同时,热碱预处理对缩短污泥发酵时间及提高VFAs产量均有显著效果,温度与pH越大,效果越显著.发酵产物中,乙酸为VFAs的主要成分,丙酸次之,在90℃、pH=11预处理条件下乙酸含量为4337 mg COD/L,占总VFAs含量的80%,是厌氧发酵产乙酸的有利条件.预处理污泥厌氧发酵后,SRF分布在(2.1~3.0)×10^(12)m/kg范围内,宜于后续进行机械脱水.

热预处理对酸碱强化污泥发酵产酸过程的影响

污水处理厂产生的污泥是一种含有许多有机物的生物质,这些有机物主要是总糖和蛋白质。实验采用4种预处理(酸、碱、热-酸和热-碱)来提高污泥的发酵产酸,并探索热预处理对酸碱调控后的剩余污泥产酸的影响。结果表明,热-碱处理方式可大幅提高SCOD的生成,最大可以达到15 364.8 mg/L,碱处理次之,热-酸处理和酸处理的贡献较小。溶解性蛋白质和总糖的溶出也表现了类似的规律,热-碱处理后溶解性蛋白质和总糖最大可以达到3 474.9 mg/L和731.4 mg/L。对挥发酸(VFAs)的研究结果表明,酸性处理反而阻碍了其生成积累,即使辅以热预处理后,产酸量仍没有得到明显提高,最佳的产酸条件仍然是热-碱预处理,最大产酸量可以达到4 783.5 mg/L。

碱热处理生物质碳源材料比选研究

针对人工湿地处理污水时反硝化碳源不足的问题,以玉米秆和美人蕉秆为研究对象,对其进行不同条件的碱热预处理,并根据其浸出液连续4 d释放的COD与TN的比值来分析选出最优的碱热预处理条件。结果表明:玉米秆的最优处理条件为在4%氢氧化钠溶液中,95℃水浴加热0.5 h;美人蕉秆的最优处理条件为在1%氢氧化钠溶液中,55℃水浴加热0.5 h;总体上同等条件下预处理后的美人蕉秆的释碳能力明显高于玉米秆;最优预处理条件的美人蕉秆耗能较少,成本更低,更适合作为外加生物质碳源投放到人工湿地中。

超声联合热碱技术促进剩余污泥破解的参数优化

为了进一步提高超声联合技术破解污泥的效果,在前期双因素的研究基础上,采用3因素3水平的响应曲面法分析了热水解温度(60,70,80°C)、加碱量(0.04,0.07,0.10g/g TS)和超声能量(4000,8000,12000k J/kg TS)对污泥破解度的影响.回归分析结果表明污泥破解度与三因素之间符合三元二次方程:Y=-196.87+6.11X_1+487.53X_2+0.0039X_3-1.742X_1X_2-0.000024X_1X_3+0.0044X_2X_3-0.0398X_1~2-2488.33X_2~2-1.33×10-7X_3~2,其中X_1、X_2、X_3分别为温度、加碱量和超声能量.模型拟合度高达97.548%,表明该模型能较好地模拟超声联合热碱预处理参数和预测污泥破解度.根据模型得出最佳预处理工艺组合为:温度73.06℃,加碱量0.085g/g TS,超声能量9551k J/kg TS.最佳工艺参数下污泥破解度实测值为60.411%.经济性分析表明,超声联合热碱预处理条件下每t污泥处理费较未处理污泥降低了20.42元,在本研究条件下具有较高的经济可行性.

热碱预处理对菊芋茎秆组成和酶水解影响

为了深入了解菊芋茎秆用于生物能源转化的潜力,在对菊芋茎秆的全秆、韧皮以及髓芯的组成分析基础上,采用不同浓度的Na OH在121℃对菊芋茎秆进行预处理,并对预处理后的茎秆进行酶水解。结果表明:菊芋茎秆具有较高木质素含量(32.0%),且韧皮中木质素含量最高;茎秆中碳水化合物总含量与传统农作物秸秆相当,但纤维素含量相对较高(40.5%),半纤维含量相对较低(19.6%)。经不同浓度Na OH预处理后,相对于未处理茎秆,全秆、韧皮以及髓芯中木质素含量分别降低13.1%–13.4%、8.3%–13.5%和19.9%–27.2%,半纤维素含量分别降低了87.8%–96.9%、87.6%–95.0%和74.0%–90.2%。纤维素含量在全秆、韧皮和髓芯中相应增加了56.5%–60.2%、52.2%–55.4%和62.7%–73.2%。酶水解的结果显示,增加预处理过程中Na OH的浓度,全秆和韧皮的水解率可被提高2.3–2.6倍和10.3–18.5倍。虽然热Na OH预处理可以有效地改善髓芯水解性能,但经过高浓度的Na OH(2.0 mol/L)预处理,髓芯的水解性能下降明显。由此可见,菊芋用于生物能源转化技术中,热碱法可较好地适用于菊芋秸秆预处理。提高碱浓度,有利于半纤维素和木质素的去除,并实现酶水解糖化产率的提高。但鉴于碱浓度过高会造成髓芯糖产率降低,热碱预处理菊芋秸秆工艺条件需进一步优化。

热碱-分步酶水解-厌氧消化工艺处理秸秆畜粪混合物料及其甲烷高值化条件

为获得秸秆畜粪混合物料在厌氧消化过程中的甲烷高值化产出,提出了一种新型"热碱-分步酶水解-厌氧消化"组合工艺.以玉米秸秆和牛粪混合物料作为实验对象,考察物料中纤维素、半纤维素、蛋白质获得高溶出效率的热碱预处理条件;分步投加纤维素酶和蛋白酶的剂量及水解时间;热碱预处理后的混合浆液和热碱-酶水解后的混合水解液厌氧消化甲烷产率及产气周期.结果表明,在80℃和0. 5%Na OH碱用量条件下,纤维素、半纤维素和蛋白质的溶出效率(%TS)最高,与未预处理相比(对照组),分别提高24. 84%、12. 24%和8. 92%;分步酶水解的过程和条件为:先投加80 U·g-1的纤维素酶水解18 h,再投加20 U·g-1的蛋白酶水解4 h,纤维素和蛋白质的水解效率可分别达到74. 08%和74. 01%,获得的水解液中糖类提高12～32倍;在厌氧消化阶段,热碱-酶水解后的水解液甲烷产量最高值可达750 m L·h-1,产气周期50 h,相比于热碱预处理后的底物消化(对照组),产甲烷效率提高了约14倍,产气周期缩短了约17 d.热碱-酶水解预处理能有效地解除混合物料厌氧消化过程的水解限速,研究结果可以为开发高效的农业废弃物能源高值化利用技术提供参考依据.

工程规模下碱类型对污泥预处理效果及发酵产酸的影响

研究了工程规模下3种碱对剩余污泥热碱预处理效果以及厌氧发酵产酸的影响。结果表明,平均进泥浓度为70 g·L^(-1)时,氢氧化钠的预处理效果要优于混碱(Ca(OH)_2:NaOH=4:1)和过氧化钙,处理后污泥中溶解性化学需氧量(SCOD)的平均浓度是预处理前的8.45倍,水解率达到64.26%。但是,使用过氧化钙进行预处理可以有效提高污泥的发酵产酸效果,产酸效率明显优于混碱和氢氧化钠,总挥发性脂肪酸(TVFAs)的平均浓度为7.93 g·L^(-1),产酸率(以COD计)为273.93 mg·g^(-1)VSS,且总酸中乙酸比例达到60.35%;发酵后平均TSS和VSS分别下降了24.42%和47.62%;同时,氨氮(NH_4^+-N)和总磷(TP)浓度最低,其平均浓度分别为286.33 mg·L^(-1)和17.42 mg·L^(-1)。此外,混碱组、过氧化钙组和氢氧化钠组污泥厌氧发酵的净利润分别为229.14、257.37和10.49元·t^(-1)(脱水污泥)。实验结果表明,热混碱和热过氧化钙预处理用于污泥厌氧发酵有望得到广泛的应用。

污泥预处理对微生物絮凝剂制备及性能的影响

试验研究了不同污泥预处理方法对微生物絮凝剂的制备及其絮凝性能的影响.结果表明,污泥经碱热预处理后释放的有机物质量最大,SCOD/TCOD可达到0.56.以碱热预处理污泥作为基质制备的微生物絮凝剂,其产量为2.3 g·L-1,高于热预处理的1.6 g·L-1,酸热预处理的0.6 g·L-1,以及未接种污泥絮凝剂的18 mg·L-1.采用响应面分析法对碱热预处理污泥制备的微生物絮凝剂与PAM复配改善污泥脱水的过程进行了优化,实验分别拟合了关于污泥比阻(SRF)和干污泥量(DS)的二次模型,决定系数(R2)分别为0.9057和0.9171,表明拟合情况良好.实验中最佳的污泥脱水条件为微生物絮凝剂投加量12.6 g·kg-1,PAM投加量1.0 g·kg-1,Ca Cl2投加量59.7 mg·L-1,p H值6.7,搅拌速度185r·min-1.在此条件下,DS和SRF分别为29.1%和2.2×1012m·kg-1,表明碱热预处理污泥制备的微生物絮凝剂与PAM的联合使用有助于改善污泥脱水性能.

植物秸秆碳源强化人工湿地脱氮除磷

城市污水厂排放尾水中普遍存在氮磷含量较高的现象,利用人工湿地去除氮、磷元素易受碳源不足的限制。试验目的在于从预处理后的玉米秆和美人蕉秆中选出强化人工湿地脱氮除磷的生物质材料。文中以NaOH浓度、加热时间和加热温度为影响因素研究玉米秆和美人蕉秆的释碳性能,并将最优预处理条件下的碳源分别投入塑料、沸石和陶粒的人工湿地中测定进出水污染物浓度,选出最适合的预处理方法及填料。结果显示,玉米秆在4%NaOH、95℃加热0.5 h的最优预处理条件下更适合作为人工湿地的外加碳源,并以陶粒为填料时,装置去除氮磷的效果更优。

剩余污泥资源化提取蛋白质方法的优选

剩余污泥中蛋白质的资源化利用是目前研究的热点,污泥预处理则是实现污泥中蛋白质释放的重要途径。为了进一步提高剩余污泥中蛋白质的溶出效果,选取热碱预处理、超声碱联合预处理、溶菌酶预处理对污泥进行溶胞,以蛋白质提取浓度为主要指标进行参数优化,并利用等电点法对粗提取蛋白进行纯化回收。结果表明:溶胞效果热碱预处理(pH值13、温度140℃、时间1.5 h,2062.98 mg/L)>超声碱联合预处理(497.76 mg/L)>溶菌酶预处理(269.95 mg/L),且在pH值为3时热碱预处理蛋白质纯化回收率可达62.42%。试验结果表明:热碱预处理在提取效果方面较另外两种方法优势明显,具有良好的利用前景。

城镇污水厂剩余污泥厌氧发酵产酸工程示范研究

鉴于污泥厌氧发酵产酸技术的生产规模性研究较少,为深入了解城镇剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸(VFAs)工程的长期运行特征,基于0.3 t d规模的生产线平台进行了为期240 d的稳定运行研究,考察了长期运行条件下的污泥预处理效果、产酸水平、VFAs回收和经济可行性.结果表明:污泥经热-混碱预处理后溶解性有机物浓度〔ρ(SCOD),以溶解性COD计〕比原污泥提高了29倍,水解率达到56%.当ρ(TSS)(TSS为总悬浮固体)分别为30和70 g L时,污泥预处理水解率分别为56%和59%;厌氧发酵产酸率〔以每g污泥有机物生产多少mg VFAs计,R VFAs〕分别为277和256 mg g;ρ(TVFAs)(TVFAs为总挥发性脂肪酸)最高可达9.1 g L,其中乙酸占61.6%.采用聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)联合调理能够有效提高发酵污泥的脱水性能,与对照组相比,泥饼的含水率由84.8%降至64.0%,发酵液的回收率由33.7%升至75.7%.经济效益分析表明,设置处理规模为100 t d时,运行成本为346.6元t,收益为451.4元t.研究显示,城镇污水厂剩余污泥厌氧发酵产酸生产线运行稳定,能够实现较好的有机物生物转化与资源化效果,经济可行,具有显著的应用前景.